0 引(yǐn)言(yán)
　　電磁流(liú)量計 基于電磁感應(yīng)原(yuán)理，利用(yòng)導電流體(tǐ)經過電磁外加磁場(chǎng)時産(chǎn)生電動勢來測(cè)量導電流(liú)體的流量。電磁流量計(jì)是(shì)一種常見的檢(jiǎn)測流量的傳(chuán)感器，具(jù)有成本低(dī)、測量(liàng)範圍大和精度(dù)高等優點，因此在工業領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
　　自動檢(jiǎn)測與轉換技術(shù)課ｆｅ專(zhuān)業頭(tóu)踐性(xìng)強，因(yīn)此在教學(xué)過程中(zhōng)要(yào)求理(lǐ)論與實踐結合(hé)。課堂教學教師(shī)想攜帶實物但(dàn)礙于(yú)傳感(gǎn)器(qì)體(tǐ)積笨(bèn)重，想(xiǎng)讓學生親眼看到内部結(jié)構但現場(chǎng)拆解耽誤(wù)時間(jiān)影響(xiǎng)教學，導緻(zhì)了學生隻(zhī)聽原理不(bú)見(jiàn)實物造成學(xué)習興趣差(chà)效率(lǜ)低的(de)現象(xiàng)發生。當前課堂講解的方(fāng)式主(zhǔ)要有兩種：（１）教師(shī)口述；（２）Ｆｌａｓｈ動畫演示并結合講解。口(kǒu)述相對抽象，印(yìn)象不(bú)深刻，記憶(yì)效果差(chà)。動畫演示，便于理解原理，但和實(shí)際偏(piān)差大。
　　針對(duì)上述(shù)問題(tí)，通過采用(yòng)三維可視化技術，以(yǐ)電磁流量(liàng)計爲研究(jiū)對象，設計了畫面逼(bī)真、聲音清(qīng)晰和(hé)使用簡(jiǎn)便的電(diàn)磁流量計(jì)三維仿真(zhēn)系統。
１系統(tǒng)開發(fā)軟件(jiàn)
1.1建模軟件(jiàn)
　　３ＤＳＭａｘ具有對ＰＣ配(pèi)置要求(qiú)低(dī)，安裝(zhuāng)插件(jiàn)方便，角色(sè)動畫制作(zuò)能力(lì)強和建(jiàn)模(mó)步驟(zhòu)可堆疊的優點，因此(cǐ)選擇３ＤｓＭａｘ作爲(wèi)建模(mó)工具。建模(mó)是(shì)三維可(kě)視的(de)第一步，模型(xíng)的好壞直(zhí)接影響(xiǎng)最終的表現效果。爲保證模型(xíng)的精度(dù)和正确(què)率，在建模時(shí)應(yīng)注意(yì)：①保持(chí)模型的尺寸應與電(diàn)磁流量計(jì)的實(shí)際尺寸一緻；②保(bǎo)持模(mó)型(xíng)的基(jī)點(diǎn)與３ＤＭａｘ場景中的中(zhōng)心一(yī)緻(zhì)；③模(mó)型應抓住電磁流量(liàng)計的(de)主體輪廓(kuò)，盡可(kě)能減少面(miàn)數，以減少(shǎo)計算(suàn)數據量。
1.2視頻編(biān)輯軟(ruǎn)件
　　ＡｄｏｂｅＰｒｅｍｉｅｒｅ是一款(kuǎn)專業非(fēi)線(xiàn)性視(shì)頻編輯(jí)軟件，操作簡(jiǎn)便，特技衆(zhōng)多，廣泛用于廣(guǎng)告制(zhì)作、影(yǐng)視剪輯和動畫制作等領(lǐng)域(yù)，具有良(liáng)好的兼容(róng)性，可以和Ａｄｏｂｅ推(tuī)出的其(qí)他軟(ruǎn)件配合使用(yòng)［３］。爲保證視頻(pín)編輯質量(liàng)，在(zài)編輯時應注意：①選(xuǎn)擇合适的編輯(jí)軟件(jiàn)；②盡(jìn)量搜集(jí)足夠的素(sù)材；③少使用長鏡(jìng)頭，切(qiē)換鏡頭(tóu)間(jiān)隔１５ｓ左右；④注(zhù)意保存的(de)尺寸(cùn)和格式。
１．３輔(fǔ)助軟(ruǎn)件
　　模型制(zhì)作需要貼圖，圖片來(lái)源(yuán)于現場(chǎng)拍攝，但是(shì)受限于時間和光照(zhào)等因素的影響，在貼圖(tú)之前需(xū)要對閣像進行(háng)光照(zhào)、色(sè)度調整(zhěng)，同時取景時摻雜地面(miàn)和試驗(yàn)台背景等因素(sù)，需要(yào)利用(yòng)“仿制(zhì)圖章(zhāng)”工具(jù)進行修複(fú)。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是一(yī)款專(zhuān)業的圖(tú)像(xiàng)處理(lǐ)軟件(jiàn)，功能強大(dà)，廣泛應用于平(píng)面設(shè)計(jì)、廣(guǎng)告制(zhì)作、網頁制作和處(chù)理三(sān)維貼圖(tú)等領域。
２系統總(zǒng)體設(shè)計
　　維仿真(zhēn)系統由模型制(zhì)作和(hé)動畫合成(chéng)兩部分組(zǔ)成。模(mó)型制作包括(kuò)建(jiàn)模、材質貼圖、燈(dēng)光攝(shè)影機、關鍵(jiàn)幀動(dòng)畫和(hé)渲染(rǎn)。動畫合成包括(kuò)腳本和字幕。系(xì)統設(shè)計流程如(rú)圖１所示。
（１）模型制作。①建(jiàn)模是三維(wéi)可(kě)視化的第一(yī)步，模(mó)型的好壞(huài)直接影(yǐng)響最終(zhōng)的表現效(xiào)果。常用的建模(mó)方法有多邊(biān)形建模(mó)、ＮＵＲＢＳ建模(mó)、複合對象(xiàng)建模和網格建(jiàn)模等。多(duō)邊形建模是(shì)将對象轉(zhuǎn)化成可編(biān)輯的(de)多邊(biān)形(xíng)通(tōng)過對該多邊(biān)形(xíng)對象(xiàng)的多(duō)個(gè)子對象(xiàng)進行(háng)編輯和修(xiū)改來(lái)實現。ＮＵＫＢＳ建模(mó)，也稱(chēng)曲線建模，在制(zhì)作樣條線(xiàn)時可使(shǐ)用(yòng)ＮＵＲＢＳ曲線，通過Ｌａｔｈｅ（車(chē)削）等修(xiū)改器生成

　　基于(yú)ＮＵＲＢＳ曲線(xiàn)的３Ｄ曲面７。網(wǎng)格建模法采用(yòng)“網格(gé)修改器”在(zài)頂點、邊、面(miàn)三種子對(duì)象(xiàng)層級上(shàng)編輯物體。在建模的(de)過(guò)程(chéng)中，往(wǎng)往針對(duì)同一個(gè)對象根據實際(jì)操作的需要采(cǎi)用多(duō)種建模方(fāng)法來(lái)創建(jiàn)模型(xíng)。模型(xíng)能夠表現(xiàn)物體(tǐ)的外(wài)觀，但(dàn)不能(néng)展(zhǎn)示(shì)物體(tǐ)的表面效果。②材質和(hé)貼圖能夠(gòu)表(biǎo)現(xiàn)物(wù)體的表(biǎo)面紋理。常見的(de)貼圖(tú)方法有位圖貼(tiē)圖、噪波貼(tiē)圖和棋盤(pán)格貼(tiē)圖等。實際的貼(tiē)圖之後還需要對圖(tú)片的(de)參數進行設(shè)置，同時(shí)需要(yào)用(yòng)到ＵＶＷ貼圖(tú)坐标修改器修(xiū)改貼圖的(de)位置(zhì)和形态等(děng)。③燈光(guāng)可以烘(hōng)托場景(jǐng)氣氛，使場景更加逼(bī)真。場(chǎng)景攝(shè)影機提供用(yòng)戶(hù)自定義視角，通(tōng)過攝(shè)影機來全方位的觀察對(duì)象。④關鍵幀(zhēn)動畫(huà)。３丨）ｓＭａｘ中的動畫主(zhǔ)要有關鍵(jiàn)幀動(dòng)両、運動學(xué)、粒子動畫和ｒｅａｃｔｏｒ動力學(xué)４種類型，關(guān)鍵幀(zhēn)動＿是(shì)最基本的動畫類(lèi)型。⑤渲染(rǎn)是将三(sān)維場景轉化(huà)爲二維圖(tú)像來對場景中的各種效果進(jìn)行輸出。
（２）動畫合成。①編寫文字腳(jiǎo)本，然後采用軟(ruǎn)件ＣｏｏｌＥｄｉｔ制作音頻。②字(zì)幕是(shì)将語音(yīn)内(nèi)容以文(wén)字的形(xíng)式顯(xiǎn)示，幫助觀衆理(lǐ)解内容。
３系統開(kāi)發過程
３．１模型制作
　　模型制(zhì)作。建模(mó)是(shì)模型制作(zuò)第(dì)一(yī)個環(huán)節，三維場景中所有(yǒu)要表現的(de)内容都(dōu)要(yào)靠模型來體(tǐ)現(xiàn)，模型(xíng)的精确(què)與否直(zhí)接影(yǐng)響(xiǎng)到最終(zhōng)的表現結果是(shì)否準确。在建模(mó)之前要先分析(xī)建模對(duì)象，電磁(cí)流量計外殼主(zhǔ)要由圓柱(zhù)和長(zhǎng)方體構成，采用多邊(biān)形建模法(fǎ)較好。以螺栓模(mó)型爲例，首先創建(jiàn)一(yī)個圓柱在(zài)修改(gǎi)器面(miàn)闆裏設置高度(dù)、半徑，然後圖形中選(xuǎn)擇樣(yàng)條線(xiàn)找到多邊形，設(shè)置多(duō)邊形的邊數爲(wèi)６，半徑大(dà)于圓柱的半(bàn)徑，将多邊(biān)形轉(zhuǎn)化爲(wèi)可編(biān)輯(jí)的(de)多邊(biān)形，在(zài)修改器(qì)列表中(zhōng)找到擠出(chū)設置參數爲封口類(lèi)型勾選始端末端變形，輸出勾(gōu)選網格。将平面六邊(biān)行(háng)轉化爲(wèi)可編(biān)輯(jí)的網格，在修改器(qì)列表(biǎo)中選擇選擇面(miàn)擠出(chū)。将(jiāng)做好的(de)六面(miàn)體與(yǔ)圓柱(zhù)進行在xy軸(zhóu)平面内對齊，在左視圖(tú)中(zhōng)調整六面(miàn)體和圓(yuán)柱(zhù)上表面的位置，然後(hòu)在命令(lìng)面(miàn)闆中樣條線菜單下(xià)選擇螺旋(xuán)線色(sè)設置半徑１和半(bàn)徑２的大(dà)小、螺旋(xuán)線的高度(dù)、圈數(shù)和偏移(yí)量，做好後(hòu)将(jiāng)其(qí)繞在圓(yuán)柱的周圍代(dài)表(biǎo)螺栓的(de)螺紋。最(zuì)後将圓(yuán)柱體、六(liù)邊體(tǐ)和螺(luó)旋線打成組命名爲(wèi)螺栓(shuān)，其餘的(de)四(sì)個相同的(de)螺栓直接(jiē)通(tōng)過複制(zhì)粘貼即可(kě)。制作好(hǎo)的(de)電磁流量(liàng)計外(wài)殼模(mó)型如(rú)圖２所示。
　　現場拍攝的(de)銘牌照片(piàn)受限(xiàn)于拍(pāi)攝角度(dù)和(hé)環境(jìng)摻雜(zá)實驗(yàn)台和健，麵之前雜雜進行賴Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ軟件中的裁剪工(gōng)具和(hé)仿制(zhì)圖(tú)章工具進行修複(fú)，然後在(zài)命(mìng)令闆中調(diào)整圖像的亮度/對比度、色(sè)階和色彩平衡(héng)，出禮完成(chéng)後保(bǎo)存爲jpg格(gé)式以備(bèi)貼圖(tú)。處理前後(hòu)的圖像對比圖(tú)見圖(tú)３。貼圖(tú)，首先将對像轉化爲(wèi)可編(biān)輯的多邊形，選擇可編輯(jí)多(duō)邊(biān)形狀态下(xià)選擇(zé)編輯(jí)層級(jí)爲多邊形(xíng)，然後(hòu)選定貼(tiē)圖的面(miàn)，在修改器(qì)卷展(zhǎn)欄下選(xuǎn)擇(zé)uv坐标(biāo)最後選擇uvw貼圖(tú)。打開(kāi)材質編輯(jí)器找(zhǎo)到(dào)貼(tiē)圖将(jiāng)貼圖(tú)賦予(yǔ)材質(zhì)球，然(rán)後将(jiāng)材質球指定給選定(dìng)對象。初步(bù)貼圖(tú)後是不精确的(de)，此時(shí)需要使用(yòng)uvw貼圖坐标修改(gǎi)器修改貼(tiē)圖(tú)的位置和貼圖的(de)大小。

　　燈光可以(yǐ)照(zhào)亮場景(jǐng)，使場景中(zhōng)的對(duì)象産生陰影。爲(wèi)了使表難效果更(gèng)加(jiā)真實，需要(yào)給場景(jǐng)添(tiān)加燈光。使(shǐ)用攝(shè)影棚(péng)機優(yōu)點是可以(yǐ)擺放(fàng)在場景中(zhōng)任意位置，給用(yòng)戶提供自定義(yì)的視角(jiǎo)。在制作(zuò)關鍵頓動(dòng)畫時，采用(yòng)目(mù)标攝像(xiàng)機由遠及近來(lái)觀察電磁流量(liàng)計。爲(wèi)了全方位(wèi)的觀察電磁流(liú)量計(jì)的外觀，需(xū)要(yào)在透視(shì)窗口(kǒu)下創(chuàng)建一(yī)架“自(zì)由攝像機”。
　　關鍵(jiàn)喊動畫就是指(zhǐ)制作出(chū)幾個關鍵(jiàn)時間短的場(chǎng)景，然後中間的動畫由計算機(jī)來完成(chéng)。在制作(zuò)電磁流量(liàng)計三(sān)維(wéi)動畫的過程中，要(yào)注意(yì)物體(tǐ)和攝像機(jī)不能同時移(yí)動(dòng)，否則(zé)輸出(chū)的序列幀(zhēn)中會(huì)産生“抖動(dòng)”現象(xiàng)。
　　在３ＤｓＭａｘ中(zhōng)完成(chéng)的場景稱(chēng)爲工程文(wén)件(jiàn)，隻(zhī)有對場景(jǐng)進行渲染(rǎn)，才(cái)能将材質、燈(dēng)光及特(tè)效(xiào)表現(xiàn)出來。“默(mò)認(rèn)掃描線渲染(rǎn)器”是３ＤＳＭａｘ最(zuì)基本的渲染器(qì)，渲(xuàn)染(rǎn)速度快，可(kě)以将場景渲染成一(yī)系(xì)列(liè)的水(shuǐ)平線，因(yīn)此(cǐ)選擇(zé)掃描線渲染器(qì)。在(zài)渲染器輸出(chū)設置(zhì)對話框中，公用(yòng)選項(xiàng)欄勾(gōu)選設(shè)置渲染幀(zhēn)的範(fàn)圍，幀(zhēn)的編号(hào)，渲染區域選(xuǎn)擇視圖，輸(shū)出大小爲１２８０ｘ９６０。在默認掃(sǎo)描線(xiàn)渲染器選(xuǎn)項框(kuàng)下勾選貼(tiē)圖、陰影和自動(dòng)反射／折射和鏡(jìng)像選項，過(guò)濾器選Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｍｎ選項(xiàng)ｎｉ］。實物和(hé)渲染(rǎn)出的三維模型如圖(tú)４所示(shì)。

３．２動(dòng)畫合成
　　腳本制作。首(shǒu)先搜集電(diàn)磁流(liú)量計資料(liào)，獲取(qǔ)電磁流量(liàng)計的結構、特點和原(yuán)理等(děng)信(xìn)息(xī)，制作(zuò)文(wén)字腳本(běn)。然後(hòu)采用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ将(jiāng)文(wén)字腳本轉化爲音頻腳本(běn)，ＷＡＶ音效(xiào)好接近無(wú)損音(yīn)樂格(gé)式，将音頻(pín)保存爲(wèi)ＷＡＶ格式。
　　Ｐｒｅｍｉｅｒｅ文(wén)字工具提(tí)供了(le)創建清晰生動(dòng)文字(zì)所需(xū)要的(de)各種功能，使用(yòng)“字幕屬(shǔ)性”面闆(pǎn)可以(yǐ)修改(gǎi)字幕的大小(xiǎo)、字體，并(bìng)且可(kě)以爲文字創建陰影(yǐng)和浮(fú)雕效(xiào)果。本文使(shǐ)用的小(xiǎo)标(biāo)題的(de)文字(zì)樣(yàng)式(shì)選擇黑體(tǐ)，字号(hào)爲３６點，屏(píng)下方(fāng)自動樣(yàng)式選擇黑體(tǐ)，字(zì)号爲33點。
４系統實現
圖5爲(wèi)電(diàn)磁流量計(jì)三維仿真(zhēn)系統視頻(pín)播放組合。
⑴結構。電磁流量計由轉換器、表體(tǐ)和連接(jiē)杆等(děng)構成(chéng)。轉換器(qì)由電極、傳感(gǎn)器、信号(hào)放(fàng)大電路、外圍電路、數(shù)據顯不模(mó)塊等構成(chéng)；表(biǎo)體和連(lián)接杆由轉(zhuǎn)換器(qì)外殼、支架連接(jiē)杆、轉換器安全螺栓(shuān)、表體(tǐ)機械(xiè)結構(gòu)等組成。流量計的測(cè)量管(guǎn)是一種裝(zhuāng)有(yǒu)一(yī)對測(cè)量電(diàn)極的(de)内襯絕緣(yuán)材料的非(fēi)導(dǎo)磁合金(jīn)短管，兩隻電極(jí)沿管徑方向穿(chuān)過管壁固定在(zài)測量管(guǎn)上。其電(diàn)極頭(tóu)與(yǔ)襯裏内(nèi)表(biǎo)面基本齊平(píng)。
（2）測量。由兩方波(bō)脈沖勵(lì)磁(cí)時，将(jiāng)在測量(liàng)管(guǎn)軸線(xiàn)垂直的(de)方(fāng)向上(shàng)産生一磁通量(liàng)密度(dù)爲b的工作(zuò)磁場(chǎng)。當導(dǎo)電流(liú)體平(píng)均(jun1)流速n（m/s）通過測量管(guǎn)，将切(qiē)割磁(cí)力線感應(yīng)出電動勢瓦，其(qí)方向(xiàng)垂(chuí)直于磁(cí)場和(hé)流(liú)體(tǐ)的方(fāng)向。e正(zhèng)比于磁通(tōng)量密度b測量管(guǎn)内徑d與平均流(liú)速n的乘積。e正比(bǐ)于磁通密度b，測(cè)量管(guǎn)内徑d與平均流速n的乘積(jī)。e（流量信号）由電(diàn)極檢(jiǎn)出(chū)并通過(guò)電纜送至轉換(huàn)器。轉(zhuǎn)換器将流(liú)量信号(hào)放大處(chù)理後，可顯示流(liú)體流量，并(bìng)能輸(shū)出脈(mò)沖，模拟電(diàn)流等(děng)信号，用于(yú)流(liú)量的控制和(hé)調節(jiē)。結合式（１）￣（３）可以推導出流量(liàng)計算式（4）
e=κbdn　　　　　　（1）
q=sn　　　　　　　　（2）
s=pd2/4　　　　　　　（3）
q=ped/（4κb）　　　　（4）
　　式中：κ爲儀表(biǎo)常數；e爲電(diàn)極(jí)間(jiān)信号電壓(yā)（v）；b爲磁通密度（t）；d爲測量管内(nèi)徑（m）；n爲(wèi)平均流(liú)速(sù)（m/s）；s爲測(cè)量導管(guǎn)的橫截面積（m2）。
５結語
　　采用(yòng)三維可視化技(jì)術，以電磁流量(liàng)計爲(wèi)研究對象(xiàng)開發(fā)的電(diàn)磁流量計三(sān)維(wéi)仿真(zhēn)系統(tǒng)解決了自(zì)動檢測(cè)與轉換(huàn)技術(shù)課程(chéng)教學(xué)中隻聽(tīng)原(yuán)理不(bú)見實物，攜(xié)帶實(shí)物不便和現場(chǎng)拆解耽(dān)誤時間(jiān)影響教學。系統(tǒng)具有畫面(miàn)逼真(zhēn)。聲音清晰和使(shǐ)用簡(jiǎn)便的優點(diǎn)，能夠快速掌握電磁流(liú)量計結(jié)構原(yuán)理。

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